直流電力拖動原理

1、 2直流電力拖動原理總的思路：如何建立根本方程及用其解釋拖動機電現(xiàn)象 2 - 1運動方程式轉(zhuǎn)矩平衡方程對平面運動，有dt旋轉(zhuǎn)運動那么為：T = J dt其中：轉(zhuǎn)動慣量J=m2, :慣量半徑電動機電動運行時a T= T- Tl-，Tl為負載轉(zhuǎn)矩，為粘滯摩擦轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速較高時常忽略T。重要結(jié)論：假定正向按電動機慣例轉(zhuǎn)矩平衡方程:d1dt考慮知-g即爸專,D為慣量直徑，0=噸GD2 dn375 dt轉(zhuǎn)矩平衡方程的另一形式: 勻速運動條件：T = Tl。即電動機穩(wěn)定運行時電機轉(zhuǎn)矩由負載轉(zhuǎn)矩決定，與電樞電壓、電 樞回路電阻等無關(guān)。二、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)動慣量的折算閱讀三、工作機械的負載性質(zhì)問題：d門T - tl =

2、 J dt ， tl是否與門有關(guān)?Tl的性質(zhì)：負載特性n=f Tl 1、恒轉(zhuǎn)矩型：| TL |=C-T L10Tli - TL0TlT對抗型摩擦位能性起重 T= J=0二 T 二 Tl dtdT dTL，可返回3、 通風(fēng)機型：Tl= Cn四、拖動系統(tǒng)的穩(wěn)定運行條件必要條件：對恒轉(zhuǎn)矩負載：穩(wěn)定運行于A時因擾動n 下降到B擾動消失后，因B點電動 機轉(zhuǎn)矩大于負載轉(zhuǎn)矩，電 動機加速，工作點可回到A即擾動使d*0時，假設(shè)假設(shè)因擾動n上升到C 擾動消失后，因C點電動 機轉(zhuǎn)矩小于負載轉(zhuǎn)矩，電 動機減速，工作點也可回到A即擾動使dn0時，假設(shè)dT : dTL ,可返回A為穩(wěn)定工作點。因擾動n下降到B擾動消失后

3、，因B點電動機轉(zhuǎn)矩大于負載轉(zhuǎn)矩，電動機加速，工作點背離A ,越升越高；即擾動使dn0時，假設(shè)dT dTL,不可返回假設(shè)因擾動n上升到C擾動消失后，因C點電動機轉(zhuǎn)矩小于負載轉(zhuǎn)矩，電動機減速，工作點也背離A。即擾動使d*0時，假設(shè)dT : dTL，不可返回A為不穩(wěn)定工作點。dT dTL穩(wěn)定充分條件：dn dn-JT對恒轉(zhuǎn)矩負載，穩(wěn)定充分條件為：廠:0dn 2-2直流電動機的起動U = EaRaIa= KenRaIa起動前應(yīng)有勵磁起動開始時應(yīng)限流t t=0 時 n=0、Ea=01stURa二無限流時，起動電流以某直流電動機參數(shù)為例:不限流時唁廠丙17A Tn將使電機繞組、電刷和換向器燒壞。切記：工業(yè)

4、直流電動機不能加全電壓直接起動。限流措施：1、電樞回路串接附加起動電阻 民=|U - Ra ； lam二N1 ami為直流電動機電流短時允許過載倍數(shù)。2、降低電樞電壓；3、起動過程中保持la = lam不變，產(chǎn)生允許的最大加速度，縮短起動時間：-Rc隨n升高逐步切除，直到 Rc= 0或U隨n升高逐步增大，直到u -un 2-3直流電動機的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)調(diào)速：根據(jù)工作機械的要求 人為改變電動機的運行速度例：電動汽車如何調(diào)節(jié)電動機的穩(wěn)定運行速度UK7RaRcKe轉(zhuǎn)速特性n URa T 機械特性KeKeKT考慮恒轉(zhuǎn)矩負載：tl =c 穩(wěn)態(tài)時有：T = Tl = C二穩(wěn)態(tài)下n與Rc, U, 有關(guān)1、電樞電路

5、串附加電阻調(diào)速 設(shè)U =Un = N，串 Rc時的機械特性人為特性KJKeKT 2特點在不同的Rc下，n不變;-斜率絕對值隨Rc增大而增大Rc:固有特性，Rc:-所有人為特性均在固有特性之下二調(diào)速只能在固有特性之下進行。2、改變電樞電壓調(diào)速:八N , R廠0,U 1Un,機械特性特點: n0與U成正比-斜率不變，與U無關(guān)-所有人為特性均在固有特性之下3、改變勵磁調(diào)速：U = Un，比=0，空n 弱磁調(diào)速I stTSt2 |St1 |st弱磁調(diào)速的機械特性弱磁調(diào)速的轉(zhuǎn)速特性特點：Un no 一 kj隨磁通下降而增大斜率絕對值隨磁通下降而增大-轉(zhuǎn)速特性所有堵轉(zhuǎn)電流1st =山交與一點Ra-機械特性

6、：磁通下降，Tst = Kt I st下降。在有效負載范圍內(nèi)，人為機械特性在固有特性之上對恒轉(zhuǎn)矩負載，弱磁后，速度升高同時電流相應(yīng)也增大額定轉(zhuǎn)速以下：串電阻或調(diào)壓調(diào)速； 額定轉(zhuǎn)速以上：弱磁調(diào)速。二、他勵式直流電動機的根本調(diào)速方式轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的機電過程Bl V直流電機調(diào)速的4個根本方程U = Ea (Ra Rc)IaEa =心 nGD2 dnT-Tl= L 375 dtT = Kt Ia不考慮電樞電感的影響時調(diào)速動態(tài)過程中在機械特性圖上相點(T,n)沿n=f(T)曲線的運動：1、改變電樞電 路電阻t = 0時，R1 -； RC2 大；因機械能量不 突變，n = n2不變， Em二Ke n不變I a

7、r T r T - Tl0 r 門Eg T ?T =Tl,n 二 n3舊的平衡打破之后，系統(tǒng)有能力通過自身的調(diào)節(jié)穩(wěn)定在新 的平衡點起調(diào)節(jié)作用的關(guān)鍵：Ea 發(fā)電機原理的重要性2、調(diào)壓調(diào)速：PN =2.5kW,UN = 220V, I N =12.5A, nN = 1500r/min ,0. 5額定負載下將電樞電壓調(diào)至160V，求電動機的穩(wěn)定運行速度。解：-電樞電阻的估算:21血覚嚴220X2.5 12.5二 0.792門-Ce的計算：用電機固有參數(shù)計算Ce=U n _ Ra I NnN220- 0.792 12.51500二 0.14V * min/ r n&IaCe Ce 9160- 0.79

8、2 0.5 12.50.141108(r/min)3、調(diào)磁調(diào)速:N弱磁調(diào)速的機械特性弱磁調(diào)速的轉(zhuǎn)速特性nmin之比:弱磁時，因勵磁電路電磁時間常數(shù)影響，勵磁電流不能突變，I、T的最大值均不可能到達;相點運動軌跡為曲線。因 dT小，弱磁升速過渡過程較長。三、選擇調(diào)速方式的根本依據(jù)1、調(diào)速范圍定義：額定負載下電機允許到達的最高轉(zhuǎn)速nmax與保證不超過工作機械的最大允許靜差率條件下的最低轉(zhuǎn)速靜 差 率：S 二 n0 _ nNnNnono允許最大靜差率：S = n0 nminSmax T =Tnno調(diào)速范圍和最大允許靜差率的關(guān)系:D _ nmax _ nmaxSmaxnmin Smax凸 nN結(jié)論：對

9、同一調(diào)速系統(tǒng)靜差率要求不同，那么所能到達的調(diào)速范圍也不同Smax = D ；當(dāng)靜差率一定時，假設(shè)要求擴大調(diào)速范圍，那么 nmax 受限於必須設(shè)法減小人n。2、電動機負載能力的充分應(yīng)用負載能力：調(diào)速運行中在額定電流狀態(tài)下，電動機軸上輸出轉(zhuǎn)矩與輸出功率大小和變化規(guī)律。調(diào)壓調(diào)速：T二Kt Ta二KT N 1 N常數(shù)P9550Tnn9550二CKn ,與轉(zhuǎn)速成正比稱為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速改變磁通調(diào)速：nRJaU N 一 Ral NKeKektcp=n9550Tn9550Ci19550Ci丄nN9550關(guān)于轉(zhuǎn)矩計算：TnN :軸上輸出轉(zhuǎn)矩；TNKT T N :電磁轉(zhuǎn)矩9550二者相差空載轉(zhuǎn)矩To充分利用電動機的負

10、載能力：按負載性質(zhì)選擇調(diào)速方式3、調(diào)速的平滑性略相鄰兩級轉(zhuǎn)速之比：K =止；K = 1稱為無級調(diào)速: ni 二調(diào)壓、調(diào)磁4、 原始投資與運行費用的合理利用略 2 4直流電動機的制動運行狀態(tài)-、制動運行的根本特征1、產(chǎn)生與n相反的電磁轉(zhuǎn)矩2、 電機的作用為：將運動系統(tǒng)貯存的機械能轉(zhuǎn)化為電能， 實現(xiàn)能量的迅速轉(zhuǎn)移結(jié)論：制動運行狀態(tài)本質(zhì)上為發(fā)電機運行狀態(tài)。與發(fā)電機運行的差異：1、輸入能量有限2、機電能量轉(zhuǎn)換不是目的，而是一種能量轉(zhuǎn)移的手段分類n,T同方向：電動+ Un,T反方向：制動EaU (nn ) 回饋制動la反向一T反向+ 亠UfU反接：反接制動一la反向一T反向 n,T反方向：制動n廠 T(

11、M)+EaQrY*YYORa la丄。+ Un,T反方向：制動Ea反接：反接制動Ro1 IoTn RaiaEalfOrwYq+ U-n,T反方向：制動n=Ea/Ke與U反接相同U= 0:能耗制動 la反向、T反向勵磁反向一Ea反向、T反向n,T反方向：制動Ea反方向：反接制動三、他勵直流電動機的回饋制動1、 實現(xiàn)回饋制動的必要條件：Ea U，因而n2、 功率平衡關(guān)系:電動時：U =Ea Ia(Ra RJ功率平衡:Ula 二謂傀 Ra) EalaP = P P11cuemEala f U Tl P P2P1PemPa-回饋制動時：U = Ea- la(Ra Rc)功率平衡：Ula Ia(Rc R

12、a)丘日冷-Ula(Rc Ra)- EalaR = P u_ FemEm = P2 - P0電磁功率為負，代表將機械功率轉(zhuǎn)換為電功率輸入輸入功率為負，代表功率回饋到電源?uP0吟.Pem -3、機械特性他勵下放位能負載時的回饋制動運行(最終穩(wěn)定運行在回饋制動狀態(tài))四、他勵直流電動機的反接制動實現(xiàn)：電樞電壓或電動勢極性突然改變(勵磁反向)電樞電壓和電動勢順極性串聯(lián)； 反接時必須采取限制電樞電流的措施。設(shè)各變量為無符號數(shù)，那么電樞電壓反接時，有-U 二Ea -(Ra Rc)la,即 U + Ea=(& RJa功率平衡：Ula+ EaIa=(Ra R/a二 R 薪二 Pcu軸上機械功率通過電機轉(zhuǎn)換為電磁功率后，連同電網(wǎng)輸入功率全部消耗于電阻。機械特性假定正向按電動機慣例不變時， 各變量為有符號數(shù)，那么機械特性 方程不變，仍為U-R-RcT反接制動-TlnTb反向電動對抗負載制動到0不斷電位能負載回饋制動“氣穩(wěn)定運行點五、他勵直流電動機的能耗制動1、 實現(xiàn)：U = 0，電樞回路串入電阻2、 功率平衡：機械能量全部消耗在 R中。1 aEa = Ra